FR2605481A1 - Device for cooling electrical power components arranged in a plug-in module which can be plugged into a rack - Google Patents

Device for cooling electrical power components arranged in a plug-in module which can be plugged into a rack Download PDF

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Abstract

Device for cooling electrical power components arranged in a plug-in module which can be plugged into a rack. The electrical components are mounted on a metal cooling plate 2 rigidly attached to the plug-in module and mounted so as to float on the latter. This plate comes into contact with a coil-type heat exchanger 4 rigidly attached to the rack and supplied with a fluid 6, 7.

Description

DISPOSITIF DE REFROIDISSEMENT DE COMPOSANTS ELECTRIQUES DE
PUISSANCE DISPOSES DANS UN TIROIR EMBROCHABLE DANS UNE BAIE
L'invention concerne un dispositif de refroidissement par circulation de liquide caloporteur, de composants électriques et/ou électroniques de puissance disposés à l'intérieur d'un tiroir, ledit tiroir étant destiné à être embroché dans une baie.DEVICE FOR COOLING ELECTRICAL COMPONENTS OF
POWER AVAILABLE IN A PLUG-IN DRAWER IN A BAY
The invention relates to a device for cooling by circulation of heat-transfer liquid, electrical and / or electronic power components arranged inside a drawer, said drawer being intended to be plugged into a rack.

Certains dispositifs électriques et/ou électroniques de forte puissance, disposés dans un volume réduit, posent des problèmes d'évacuation thermique.Certain high power electrical and / or electronic devices, arranged in a reduced volume, pose thermal evacuation problems.

C'est le cas, notamment, des alimentations de forte puissance, de quelques KW à plusieurs dizaines de KW, qui sont disposées dans des tiroirs embrochables dans une baie. Une telle alimentation peut, par exemple, comporter 4 transistors de puissance qui dissipent environ 10 % de la puissance de l'alimentation, cette puissance (500 W à 1 kW par transistor) devant être évacuée sous forme thermique.This is the case, in particular, of high power supplies, from a few KW to several tens of KW, which are arranged in plug-in drawers in a bay. Such a power supply can, for example, include 4 power transistors which dissipate about 10% of the power of the power supply, this power (500 W at 1 kW per transistor) having to be evacuated in thermal form.

Il n'est pas souhaitable d'utiliser une ventilation forcée, un tel dispositif étant trop encombrant et non intégrable dans un tiroir.It is undesirable to use forced ventilation, as such a device is too bulky and cannot be integrated into a drawer.

La seule possibilité acceptable est constituée par un refroidissement, en circuit fermé, par eau ou par tout autre liquide caloporteur, par exemple de l'eau glycolée.The only acceptable possibility consists of cooling, in a closed circuit, with water or any other heat-transfer liquid, for example glycol water.

Dans les dispositifs connus, utilisés dans des tiroirs, ce type de refroidissement pose néanmoins des problèmes importants du point de vue connectique pour les entrées et sorties de liquide caloporteur.In known devices, used in drawers, this type of cooling nevertheless poses significant problems from the connection point of view for the inlets and outlets of heat transfer liquid.

De plus, l'introduction d'eau ou de fluides caloporteurs conducteurs à l'intérieur du tiroir pose des problèmes d'isolement galvanique entre les divers composants. Certains circuits peuvent en effet impliquer l'utilisation de tensions élevées, de l'ordre de plusieurs centaines de volts, par exemple dans le cas d'une alimentation continu - continu.In addition, the introduction of water or conductive heat transfer fluids inside the drawer poses problems of galvanic isolation between the various components. Certain circuits may in fact involve the use of high voltages, of the order of several hundred volts, for example in the case of a DC - DC power supply.

La présente invention propose une solution simple, permettant de résoudre à la fois les problèmes d'encombrement et de connectique.The present invention provides a simple solution, making it possible to solve both the congestion and connection problems.

Selon l'invention, il est prévu une plaque de refroidissement métallique solidaire du tiroir, les composants électriques de puissance étant montés sur cette plaque. Un échangeur de chaleur, à circulation forcée de liquide, solidaire de la baie, vient en contact sur toute sa surface avec la plaque de refroidissement, lorsque le tiroir est disposé dans la baie.According to the invention, there is provided a metal cooling plate integral with the drawer, the electrical power components being mounted on this plate. A heat exchanger, with forced circulation of liquid, integral with the rack, comes into contact over its entire surface with the cooling plate, when the drawer is placed in the rack.

D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre, d'un mode de mise en oeuvre de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est un schéma général du tiroir et du dispositif de refroidissement selon l'invention, - les figures 2 et 3 représentent en coupe le dispositif de refroidissement selon l'invention, respectivement en cours et en fin d'embrochage du tiroir.Other advantages and characteristics will emerge more clearly from the description which follows, of an embodiment of the invention, given by way of nonlimiting example and represented in the appended drawings, in which: - Figure 1 is a general diagram of the drawer and the cooling device according to the invention, - Figures 2 and 3 show in section the cooling device according to the invention, respectively during and at the end of racking-in of the drawer.

Sur les figures 1 à 3, la face arrière d'un tiroir 1 embrochable dans une baie comporte une ouverture importante en regard de laquelle est disposée une plaque de refroidissement 2. Cette plaque métallique, de préférence en cuivre, relativement épaisse (environ 1 cm) est rendue solidaire du tiroir. Les éléments de puissance du circuit, par exemple les transistors de puissance, sont fixés sur cette plaque. Bien entendu, un isolement électrique des divers éléments entre eux est prévu, par exemple au moyen d'une plaque électriquement isolante 3, fixée sur la plaque de refroidissement. Certains éléments (non représentés), comme les transformateurs, les bobines des circuits de commande, trop encombrants, sont avantageusement reliés de l'intérieur du tiroir à la plaque de refroidissement 2 par l'intermédiaire de caloducs.L'évacuation de l'énergie thermique dissipée par ces éléments, peut ainsi également être assurée par l'intermédiaire du même dispositif de refroidissement.In FIGS. 1 to 3, the rear face of a plug-in drawer 1 in a bay has a large opening opposite which a cooling plate 2 is placed. This metal plate, preferably made of copper, is relatively thick (about 1 cm ) is secured to the drawer. The power elements of the circuit, for example the power transistors, are fixed on this plate. Of course, an electrical isolation of the various elements from each other is provided, for example by means of an electrically insulating plate 3, fixed on the cooling plate. Certain elements (not shown), such as the transformers, the coils of the control circuits, which are too bulky, are advantageously connected from the interior of the drawer to the cooling plate 2 by means of heat pipes. thermal dissipated by these elements, can thus also be ensured by means of the same cooling device.

Lorsque le tiroir est introduit dans la baie, la plaque de refroidissement 2 vient en contact avec un échangeur 4 solidaire de la baie. Cet échangeur 4 est un échangeur de chaleur à liquide de type classique. Il est, par exemple, parcouru intérieurement par un serpentin 5, parcouru par un liquide, par exemple de l'eau. Cette disposition permet d'éliminer totalement toute entrée et sortie de liquide au niveau du tiroir, une entrée 6 et une sortie 7, fixes, étant prévues au niveau de l'échangeur 4 solidaire de la baie.When the drawer is inserted into the rack, the cooling plate 2 comes into contact with an exchanger 4 secured to the rack. This exchanger 4 is a conventional type liquid heat exchanger. It is, for example, traversed internally by a coil 5, traversed by a liquid, for example water. This arrangement makes it possible to completely eliminate any entry and exit of liquid at the level of the drawer, an inlet 6 and an outlet 7, fixed, being provided at the level of the exchanger 4 secured to the bay.

L'évacuation thermique est donc assurée grâce au contact entre la plaque de refroidissement 2 solidaire du tiroir 1 et l'échangeur 4 solidaire de la baie. La surface de contact est relativement importante, seul un passage pour les connexions électriques vers l'extérieur devant en outre être prévu sur la face arrière du boîtier. Sur la figure 2, les éléments de connexion électrique disposés d'une part sur la face arrière du tiroir et d'autre part solidaires de la baie sont représentés respectivement par les références 8 et 9. A titre d'exemple, on notera que pour un tiroir embrochable destiné à une alimentation à résonance continu - continu, la surface de contact peut être de 400 mm x 250 mm. Afin d'assurer un bon contact entre les deux surfaces, des ressorts, disposés soit sur le tiroir, soit sur la baie, peuvent être prévus.Dans le mode de réalisation particulier représenté sur les figures, des ressorts 10 ont été disposés entre la face arrière du tiroir 1 et la plaque métallique de refroidissement 2, celle-ci étant ainsi à la fois solidaire du tiroir et montée flottante sur celui-ci. Thermal evacuation is therefore ensured by contact between the cooling plate 2 secured to the drawer 1 and the exchanger 4 secured to the rack. The contact surface is relatively large, only a passage for the electrical connections to the outside must also be provided on the rear face of the housing. In FIG. 2, the electrical connection elements arranged on the one hand on the rear face of the drawer and on the other hand integral with the bay are represented by the references 8 and 9 respectively. By way of example, it will be noted that for a plug-in drawer intended for a continuous-resonance power supply - continuous, the contact surface can be 400 mm x 250 mm. In order to ensure good contact between the two surfaces, springs, arranged either on the drawer or on the opening, can be provided. In the particular embodiment shown in the figures, springs 10 have been arranged between the face rear of the drawer 1 and the metal cooling plate 2, the latter being thus both integral with the drawer and mounted floating thereon.

La surface de contact peut être augmentée en remplaçant les surfaces planes en regard de la plaque de refroidissement 2 et de l'échangeur 4 par des surfaces s'emboîtant l'une dans l'autre, par exemple avec une configuration striée, en quinconce, etc...The contact surface can be increased by replacing the flat surfaces facing the cooling plate 2 and the exchanger 4 with surfaces which fit into one another, for example with a ribbed, staggered configuration, etc ...

Il est bien évident que l'amélioration se fait alors au détriment de la simplicité et que l'importance relative des surfaces en présence rend généralement inutiles de telles mesures additionnelles.It is quite obvious that the improvement then takes place at the expense of simplicity and that the relative size of the surfaces present generally makes such additional measures useless.

Dans un mode de réalisation préférentiel, représenté sur les figures 2 et 3, les composants électriques de puissance 12 sont répartis en divers sous-ensembles. Chaque sous-ensemble comporte une plaque métallique propre 11, les divers composants fixés sur cette plaque étant équipotentiels. Les diverses plaques 11 sont alors fixées, avec interposition de la plaque isolante 3, sur la plaque de refroidissement 2.In a preferred embodiment, shown in FIGS. 2 and 3, the electrical power components 12 are divided into various sub-assemblies. Each sub-assembly comprises a clean metal plate 11, the various components fixed to this plate being equipotential. The various plates 11 are then fixed, with the interposition of the insulating plate 3, on the cooling plate 2.

Il est bien évident que l'invention n'est pas limitée à son application à une alimentation continu - continu, mais qu'elle peut être utilisée dans tous les cas où un circuit électrique comportant des éléments de puissance doit être confiné dans un volume réduit. Ce peut être le cas, notamment, d'amplificateurs, d'émetteurs et de convertisseurs continu alternatif.It is obvious that the invention is not limited to its application to a continuous - continuous supply, but that it can be used in all cases where an electrical circuit comprising power elements must be confined in a reduced volume. . This can be the case, in particular, of amplifiers, transmitters and AC converters.

De même, bien que dans le mode de réalisation particulier décrit, la plaque de refroidissement soit située sur la face arrière du tiroir, il est bien évident qu'il est également possible d'utiliser toute autre face du tiroir, notamment la face inférieure ou une face latérale, dans le cas de tiroirs plus petits ou profonds et étroits. Il est avantageux de prévoir un mécanisme de mise en contact des deux surfaces après l'insertion du tiroir dans la baie, le mouvement relatif pouvant être dérivé de celui du tiroir.  Similarly, although in the particular embodiment described, the cooling plate is located on the rear face of the drawer, it is obvious that it is also possible to use any other face of the drawer, in particular the lower face or a side face, in the case of smaller or deep and narrow drawers. It is advantageous to provide a mechanism for bringing the two surfaces into contact after the drawer has been inserted into the bay, the relative movement being able to be derived from that of the drawer.

Claims (8)

REVENDICATIONS 1. Dispositif de refroidissement, par circulation de liquide, de composants électriques et/ou électroniques de puissance disposés à l'intérieur d'un tiroir (1), ledit tiroir étant destiné à être embroché dans une baie, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte une plaque de refroidissement métallique (2), solidaire du tiroir, les composants électriques de puissance étant montés sur cette plaque et un échangeur de chaleur (4), à circulation forc#ée de liquide, solidaire de la baie, venant en contact sur toute sa surface avec la plaque de refroidissement (2), lorsque le tiroir est disposé dans la baie.1. Cooling device, by circulation of liquid, of electrical and / or electronic power components arranged inside a drawer (1), said drawer being intended to be plugged into a rack, device characterized in that it includes a metal cooling plate (2), integral with the drawer, the electrical power components being mounted on this plate and a heat exchanger (4), with forced circulation of liquid, integral with the bay, coming into contact over its entire surface with the cooling plate (2), when the drawer is placed in the rack. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une plaque (3) électriquement isolante, est disposée entre la plaque de refroidissement et les composants électriques.2. Device according to claim 1, characterized in that an electrically insulating plate (3) is disposed between the cooling plate and the electrical components. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que des composants électriques de puissance disposés à l'intérieur du tiroir, sont reliés à la plaque de refroidissement (2) par l'intermédiaire de caloducs.3. Device according to one of claims 1 and 2, characterized in that electrical power components arranged inside the drawer, are connected to the cooling plate (2) via heat pipes. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (4) comporte un serpentin de circulation d'eau. 4. Device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the heat exchanger (4) comprises a water circulation coil. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la plaque de refroidissement (2) est disposée sur la face arrière du tiroir.5. Device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the cooling plate (2) is arranged on the rear face of the drawer. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens assurant un bon contact entre la plaque de refroidissement (2) et l'échangeur de chaleur (4), lorsque le tiroir est dans la baie.6. Device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that it comprises means ensuring good contact between the cooling plate (2) and the heat exchanger (4), when the drawer is in the Bay. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ces moyens sont constitués par des ressorts. 7. Device according to claim 6, characterized in that these means are constituted by springs. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la plaque de refroidissement (2) est disposée en regard d'une ouverture importante, formée dans l'une des faces du tiroir. 8. Device according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the cooling plate (2) is arranged opposite a large opening, formed in one of the faces of the drawer.
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